(An artist's concept of a gas giant planet orbiting a red dwarf. Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI))
천문학자들이 초기에 찾아낸 외계행성은 모항성에 가까이 붙어 매우 뜨겁고 목성보다 무거운 뜨거운 목성형 행성이었습니다. 하지만 별에 가까이 있어도 생각보다 뜨겁지 않은 행성이 있을 수 있다는 연구 결과가 나왔습니다.
메릴랜드 대학교 천문학 박사 과정생 지아니나 구스만 칼로카 (Giannina Guzmán Caloca)와 동료들은 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 이용해 지구에서 500광년 떨어진 거대 행성 HATS-6 b 의 대기에서 물, 메탄, 암모니아를 발견했습니다. 그런데 이 구성 성분은 이 행성이 생각보다 온도가 낮다는 것을 의미합니다.
HATS-6 b는 목성 크의 외계 행성으로 작고 차가운 M형 적색 왜성 주위를 3일에 한 바퀴 공전합니다. 행성은 별이 형성된 후 남은 가스와 먼지 원반에서 형성되는데, 별의 크기가 작을수록 원반의 크기도 작습니다. 하지만 HATS-6 b의 크기는 모항성의 크기를 고려했을 때 이 법칙에 딱 들어맞지 않습니다.
그래서 천문학자들은 M형 적색 왜성 주위를 공전하는 거대 외계행성(GEMS) 프로그램을 통해 이런 예외가 생기는 이유를 분석했습니다. HATS-6 b는 과학자들이 연구 중인 7개의 행성 중 하나로 연구팀은 대기의 구성 성분을 측정함으로써, 이 행성들이 태양과 같은 별 주위를 공전하는 뜨거운 목성형 행성들과 같은 방식으로 형성되었는지, 아니면 다른 과정이 진행되고 있는지 조사했습니다.
연구팀은 별빛이 행성의 대기를 통과하는 모습을 관찰하는 투과 분광법 이라는 기술을 사용하여 HATS-6 b의 대기에서 물, 메탄, 암모니아, 이산화탄소 등 네 가지 분자를 확인했습니다. 이 발견은 해당 기술로 멀리 떨어진 행성에서 암모니아를 검출한 두 번째 사례입니다. 그만큼 암모니아는 잘 발견되지 않는 원소입니다.
암모니아와 같은 질소 함유 분자는 매우 뜨거운 목성형 행성보다 온도가 행성에 흔하기 때문인데, 이번 발견은 M형 적색 왜성 주위를 공전하는 행성들이 화학적으로 다른 가스 행성들과 구별되는 집단일 수 있다는 이론을 뒷받침합니다.
그리고 HATS-6 b의 예상치 못한 온도는 또 다른 중요한 의문을 제기합니다. 과학자들은 HATS-6 b가 섭씨 약 425도라고 생각했습니다. 그러나 이는 정확한 측정값이 아니라, 행성이 항성에서 오는 모든 빛을 흡수하고 그 열을 고르게 퍼뜨린다는 가정 하에 계산된 값입니다. 하지만 이번 연구의 초기 분석 결과는 HATS-6 b의 온도가 생각보다 훨씬 낮은 섭씨 120도 정도임을 시사합니다. 이는 3일에 한 바퀴씩 항성을 공전하는 행성으로서는 물리적으로 불가능한 수치입니다.
이 온도가 맞다면 무언가가 별빛을 우주로 반사시켜 행성 표면을 낮춘다는 뜻입니다. 가장 유력한 설명은 금성을 감싸는 구름처럼 두꺼운 구름과 안개가 HATS-6 b을 감싸고 있다는 것입니다.
이번 연구 결과는 HATS-6 b를 넘어 더 넓은 의미를 지닙니다. 기존의 행성 온도 예측이 정확한지에 대한 의문을 제기하기 때문입니다. 또 적색왜성 주변 거대 가스 행성이 일반적이지 않은 생성 과정과 구성을 하고 있는 게 아닌가하는 의문을 제기합니다. 앞으로 이 부분은 더 검증이 필요한 부분이 될 것입니다.
참고
https://phys.org/news/2026-09-webb-ammonia-unexpected-chill-distant.html
Giannina Guzmán Caloca et al, GEMS JWST: Hold on to Your HATS(-6 b), a Subsolar-metallicity Giant Planet with Water, Methane, and Ammonia in its Atmosphere, The Astronomical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-3881/ae9858
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